Screw Extrusion Additive Manufacturing (SEAM)

Wie funktioniert das SEAM-Verfahren?

Beim Screw Extrusion Additive Manufacturing (SEAM)-Verfahren wird thermoplastisches Kunststoffgranulat über eine eigens entwickelte mehrstufig temperierte Zylinder-Schnecken-Einheit bis max. 400°C plastifiziert und über eine patentierte Bypass-Düse mit auswechselbaren Düsendurchmessern in einem geregelten Volumenstrom von bis zu 10 kg/h als Strang ausgetragen. Dabei können Systemdrücke eingestellt werden, mit welchem auch hoch gefüllte oder faserverstärkte Kunststoffe verarbeitet, aber auch der Materialstrang mit einem hohen Druck ausgetragen werden können. Das hat den Vorteil, dass eine hohe Schichthaftung sowie eine Mediendichtheit der Bauteile erzielt werden. Ein Alleinstellungsmerkmal bilden die patentierten hochdynamischen Bypass-Düsen, die den Volumenstrom bei Positionssprüngen ohne Materialaustrag und ebenso den Materialaustrag in Abhängigkeit der Dynamik des Bewegungssystems sowie einen eingestellten Druck steuert.

In Kombination mit einem Bewegungssystem, wird der Extrusionsdruckkopf zu einem 3D-Drucker. Hierbei wurden verschiedene Konfigurationen vom der hybriden 3D-Druck-Fräs-Maschine bis hin zum flexiblen Roboterlösung entwickelt. Ein Hochgeschwindigkeits-3D-Druckprozess biete der am Fraunhofer IWU entwickelte SEAMHex-3D-Drucker der mit einer 1100 x 800 mm großen Bauplattform bewegt über einen 6-Achs-Parallelkinemaik kombiniert ist und Beschleunigungen bis 10 m/s² sowie Geschwindigkeiten bis zu 1 m/s erreicht.

Beim großformatigen SEAM-3D-Druck wird in Abhängigkeit der Bauteilgröße, Schichtzeiten sowie erforderlichen Detailgrad, der Strangquerschnitt eingestellt. Dies kann bei kleinen Struktur von 1 x 0,5 mm bis zu Großstrukturen zu 20 x 5 mm variiert werden. Auch sind durch kombinierte Bewegung mit einem Drehtisch oder einem kippenden Tisch realisiert worden, dass einen 5-Achs-3D-Druck, wie das Bedrucken von gekrümmten Flächen oder die effiziente Herstellung rotationssymmetrischer Bauteile erlaubt.

Der SEAM-3D-Druckprozess ist ein flexibles Fertigungssystem für hoch belastbarer Strukturen und Werkzeuge als Prototyp wie auch in Kleinserien.

^{Schematische Darstellung des SEAM-Verfahrens [Fraunhofer IWU]}
                                 

Welche Materialien werden eingesetzt?

• Faserverstärkten Thermoplast-Kunststoffe (z. B. PP, PA, PEI, PC, ABS verstärkt mit VF oder GF)
• Thermoplastische Elastomere (TPE),
• keramische Feedstocksysteme
• Materialverbunde durch Bedrucken von Organo- oder Metallblechen

Die Bearbeitbarkeit weiterer Materialklassen ist bereits in Entwicklung. Sollten Sie konkrete Fragen oder Bedarfe haben, kommen Sie gern jederzeit auf die oben rechts gelisteten Ansprechpartner zu.  

Was sind die Vorteile des SEAM-Verfahrens?

• Verarbeitung von kostengünstigen anforderungsgerechten Kunststoff-Granulatwerkstoffen
• Hohe Druckleistung mit einem Materialaustrag von bis zu 10 kg/h und einer hohen Ablegegeschwindigkeit
• Orientierung der Stränge in Beanspruchungsrichtung, hohe Bauteilsteifig- und Festigkeit
• Flexible Fertigungssystem mit mechanischer Nachbearbeitung von funktionalen Flächen

Welche Anwendungen gibt es bereits?

Das SEAM-Verfahren ist besonders für die Herstellung von Großstrukturen mit geringen Stückzahlen sowie für den Formen- und Vorrichtungsbau geeignet. In Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen erfolgten hier Produkt-Machbarkeitsstudien, Kostenanalysen und Einsatztests, um den Kunden Anwendungsbeispiele zu präsentieren und neue Produktlösungen zu schaffen. Ein besonderes Augenmerk liegt in der hybriden Fertigung durch das Bedrucken von eingelegten Strukturen oder Halbzeugen. Das Bedrucken von Textilen, Spritzgießbauteilen oder umgeformten Organoblechen führt zu hybriden Strukturen mit völlig neuen Anwendungsgebieten sowie flexiblen Produktionslösungen. Darüber hinaus wurden Hochleistungs-Kunststoff-Bauteile mit einer beanspruchungsgerechten Faser- und Strangausrichtung oft in einer Sandwichbauweise entwickelt. Die Technologie ist dabei für zahlreiche Branchen wie die Medizintechnik oder den Automobil-, Schienenfahrzeug-, Flugzeug- und Maschinenbau prädestiniert.